isa结构及初始化分析
什么是isa,首先我们先看一下isa的结构:
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
//位域
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
由源码我们可以看出:isa的本质就是一个联合体:联合体中各元素共享内存，并互斥，且isa总共占有8字节.
我们来看一下宏定义ISA_BITFIELD存的又是什么呢?以x86_64为例:
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 8
/**
位域的结构: 类型说明符 位域名：位域长度
ISA_BITFIELD所占字节数: 1+1+1+44+6+1+1+1+8 = 64bit,即8个字节
*/
ISA_BITFIELD:
- nonpointer :1 表示是否对isa指针开启指针优化；0代表纯isa指针，1代表不止是类对象指针，还包含了类信息、对象的引用计数等；
- has_assoc : 1 关联对象标志位，0没有，1存在；
- has_cxx_dtor :1 该对象是否有C++或者Objc的析构器，如果有析构函数，则需要做析构逻辑，如果没有，则可以更快的释放对象；
- shiftcls :33 存储类指针的值。开启指针优化的情况下，在arm64架构中有33位用来存储类指针；
- magic :6 用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间；
- weakly_referenced :1 标志对象是否被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量，没有弱引用的对象可以更快释放；
- deallocating :1 标志对象是否正在释放内存；
- has_sidetable_rc :1 当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位
- extra_rc :19 当表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减1，例如，如果对象的引用计数为10，那么extra_rc为9.如果引用计数大于10，则需要使用上面提到的has_sidetable_rc。
值得注意的一点是isa的联合体中存了一个cls,其主要作用是什么呢?我们能在isa的初始化中找到答案:
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
assert(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa.cls = cls;//如果是!nonpointer类型则直接将类与isa进行绑定
} else {
assert(!DisableNonpointerIsa);
assert(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
assert(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3; //如果是nonpointer类型则通过位域中的shiftcls将类与isa进行绑定
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
由源码我们可以看出:如果是!nonpointer类型则直接将类与isa进行绑定,如果是nonpointer类型则需通过将cls进行位运算之后与shiftcls进行绑定.
isa指向分析
我们通过以下代码调用object_getClass()来探讨一下isa中类的绑定:
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
getIsa:
bjc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();//// 一般都不是TaggedPointer
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
ISA():
objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
/**此处是iWatch OS，不执行*/;
#else
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
通过以上源码可以发现获取对象的类就是获取对象的isa,而isa通过位域&上一个mask(isa.bits & ISA_MASK)，就可以获取类。
下面我们就通过LLDB对Student *student = [Student alloc]的调试来进行验证:
由此可以看出通过isa.bits & ISA_MASK方式,确实可以获取到student的类;我们继续打印继续往下研究发现如下结果:
由此我们可以看出isa的走位为:
isa走位图
小结:
1.实例对象的isa指向的是类；
2.类的isa指向的元类；
3.元类指向根元类；
4.根元类指向自己；
最后附上官方的isa流程图:
isa流程图.png
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